轻稀土(铈组稀土)镨(Pr)提纯风机：S(Pr)921-2.80型离心鼓风机技术解析与应用

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轻稀土(铈组稀土)镨(Pr)提纯风机：S(Pr)921-2.80型离心鼓风机技术解析与应用

作者：王军（139-7298-9387）

关键词：轻稀土提纯、镨(Pr)分离、离心鼓风机、S(Pr)921-2.80、风机配件、风机维修、工业气体输送、稀有金属冶炼

一、引言：稀土提纯与风机的关键角色

稀土，被誉为“工业维生素”，是现代高新技术产业不可或缺的战略资源。其中，轻稀土（铈组稀土）包含镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)等元素，广泛应用于永磁材料、催化、抛光、储氢等领域。镨(Pr)作为重要的轻稀土元素，在制造高性能永磁体（如钕铁硼中添加镨可改善温度特性）和特种玻璃着色剂方面具有不可替代的作用。其提纯过程，通常涉及溶剂萃取、离子交换、真空蒸馏以及配套的流体输送与气体处理等复杂工序，对工艺气体的压力、流量、纯净度及稳定性要求极高。

在镨的湿法冶金提纯流程中，离心鼓风机扮演着核心动力的角色。它负责为萃取槽、浮选柱、氧化焙烧、尾气处理等环节提供稳定、洁净且符合特定压力要求的工艺气体（如空气、氮气、氧气等）。风机的性能直接影响到化学反应效率、物料分离效果、能耗以及最终产品的纯度与回收率。因此，针对轻稀土（特别是镨）提纯工艺量身定制的专用风机，其设计与选型至关重要。

本文将以我公司专为镨提纯工艺开发的S(Pr)921-2.80型单级高速双支撑加压风机为核心，系统阐述其技术基础、型号解读、关键配件、维护修理要点，并延伸探讨输送各类工业气体的风机选型考量，旨在为同行提供一份实用的技术参考。

二、风机型号体系与S(Pr)921-2.80型详解

为满足稀土冶炼各环节的不同需求，我公司开发了系列化的风机产品，其型号体系清晰明了：

“C(Pr)”型系列多级离心鼓风机：采用多级叶轮串联，适用于中高压力、中大流量的稳定输送场景，效率高，运行平稳。 “CF(Pr)”/“CJ(Pr)”型系列专用浮选离心鼓风机：专为浮选工艺优化，特别注重流量调节范围和出口压力的稳定性，以确保浮选气泡均匀细腻。 “D(Pr)”型系列高速高压多级离心鼓风机：融合高速齿轮增速和多级压缩，面向更高压力的工艺需求。 “AI(Pr)”型系列单级悬臂加压风机：结构紧凑，适用于中低压、中小流量的场合，维护方便。 “S(Pr)”型系列单级高速双支撑加压风机：本文重点，采用单级高速叶轮与双支撑轴承结构，兼顾高压力与较宽流量范围，结构刚性好，适用于对压力和流量有特定要求的加压环节。 “AII(Pr)”型系列单级双支撑加压风机：与S系列相比，转速通常稍低，强调坚固耐用与宽广的工况适应性。

对S(Pr)921-2.80型风机的完整解读：

系列代号 “S(Pr)”：明确指代“S系列单级高速双支撑加压风机”，且专为镨(Pr)及相关轻稀土提纯工艺设计或优化，在材料选择、密封形式和防腐处理上考虑了稀土生产环境。 流量参数 “921”：表示风机在标准进气状态（进口压力为1个标准大气压，温度20℃，相对湿度50%）下的额定容积流量为每分钟921立方米。这是风机选型的核心参数之一，需根据萃取车间用气点总量、管道阻力及余量综合计算确定。 压力参数 “-2.80”：表示风机出口的绝对压力为2.80个标准大气压（即表压约为1.80 bar或0.18 MPa）。该压力值足以克服后续工艺设备、管道、阀门及液柱高度的总阻力，确保气体能有效注入反应体系。型号中未出现“/”及进口压力值，因此默认进口压力为1个标准大气压（即常压进气）。 综合意义：S(Pr)921-2.80型风机是一台专为镨提纯工艺设计的，从常压吸入气体，经过单级高速叶轮压缩后，能稳定输出每分钟921立方米流量、2.80个大气压压力的关键设备。其性能点位于风机特性曲线的高效区内，确保了运行的经济性与可靠性。

三、 S(Pr)系列风机核心技术基础与气动原理

S(Pr)系列风机的设计核心在于“单级高速”与“双支撑”。

单级高速叶轮：通过使用高强度合金（如钛合金、高强度不锈钢）精密铸造或铣制而成的高转速闭式叶轮，单个叶轮即可获得较高的压比（出口压力与进口压力之比）。其气体增压遵循离心式压缩的基本原理：高速旋转的叶轮对气体做功，气体在离心力作用下从叶轮中心被甩向边缘，动能急剧增加；随后在扩压器和蜗壳中，部分动能被有效地转化为压力能。 双支撑轴承结构：风机转子的两端均有轴承支撑。这种结构极大地增强了转子的刚性，降低了高速运行下的挠度，使得转子动力学特性更为稳定，临界转速远高于工作转速，有效避免了共振，保证了风机在高压、高速工况下的长期平稳运行，振动值极低。

其气动性能可以用欧拉涡轮方程（简化描述）来理解：风机对单位质量气体所做的理论功，与叶轮出口处气体的切向速度分量密切相关。实际设计中，需综合考虑叶轮进出口角度、叶片型线、扩压器形式等，以最大化效率并满足特定的压力-流量（P-Q）特性曲线。对于稀土提纯工艺，要求风机的P-Q曲线相对陡峭，这样在管网阻力略有波动时，流量变化较小，有利于工艺稳定。

四、关键配件系统深度解析

一台高性能、长寿命的S(Pr)921-2.80风机，离不开以下关键配件系统的精密配合：

风机主轴：作为传递扭矩和支撑旋转部件的核心，通常采用高强度合金钢（如42CrMo）经调质处理，并精密磨削。其刚度、强度及动平衡精度直接决定风机运行的可靠性。主轴与叶轮的配合采用过盈加键连接，确保高速下无相对滑动。 风机转子总成：这是风机的“心脏”，包括主轴、叶轮、平衡盘（如有）、联轴器等旋转部件的集合体。组装后需进行高精度动平衡校正（通常要求达到G2.5或更高等级），以消除不平衡离心力，这是保证低振动的根本。 风机轴承与轴瓦：S(Pr)系列通常采用滑动轴承（轴瓦）。轴瓦材料多为巴氏合金（锡锑铜合金），具有优异的嵌入性和顺应性，能形成稳定的润滑油膜，阻尼效果好，特别适合高速重载的转子支撑。轴承箱的设计确保充分的润滑油供应和冷却。 密封系统： 气封与碳环密封：在叶轮进口端、级间和轴端，防止高压气体泄漏或空气吸入。碳环密封因其自润滑、耐高温、摩擦系数低且对轴磨损小的特点，被广泛应用于此类风机中，能有效控制工艺气体的外泄，对于输送昂贵或有害气体尤为重要。 油封：主要用于轴承箱两端，防止润滑油泄漏，并阻挡外部粉尘进入轴承系统。通常采用多唇口氟橡胶或聚四氟乙烯（PTFE）油封，适应高速旋转工况。 轴承箱：是容纳轴承、轴瓦并建立稳定润滑油路的核心壳体。其设计需保证足够的刚性以承载转子，内部油路设计要确保润滑油能均匀、充足地覆盖轴颈，并具备良好的散热能力。

五、风机日常维护与典型故障修理

科学的维护是风机稳定运行的保障，而精准的修理则是恢复性能的关键。

（一）日常维护要点：

振动与温度监测：每日记录轴承箱振动值（速度或位移）和轴承温度。任何突发性或趋势性增长都需预警。 润滑油系统：定期检查油位、油质（按期化验，防止水分和杂质混入），清洗或更换油过滤器。确保润滑油型号正确，油压稳定。 密封检查：观察气封、碳环密封和油封是否有异常泄漏。轻微渗油属正常，但成滴泄漏需处理。 滤清器保养：进气滤清器必须定期清理或更换，防止粉尘进入叶轮造成磨损或不平衡。

（二）典型故障与修理流程（以S(Pr)921-2.80为例）：

振动超标： 原因分析：最常见原因包括转子动平衡破坏（叶轮结垢、磨损、异物撞击）、轴承（轴瓦）磨损、对中不良、地脚螺栓松动或基础刚性不足。 修理步骤：首先停机检查对中和地脚螺栓。若无效，需拆卸检查轴承间隙和轴瓦状况。最后，将转子总成上动平衡机进行复校。对于稀土生产环境，叶轮结垢（来自工艺气体中的微量结晶或粉尘）是导致不平衡的常见原因，需定期清理。 轴承温度过高： 原因分析：润滑油不足、油质劣化、冷却不良、轴承间隙过小、轴瓦刮研不当或已出现疲劳剥落。 修理步骤：检查油路、冷油器。停机后测量轴承间隙，检查轴瓦接触斑点。若瓦面损伤（如刮伤、剥落），需重新刮研或更换新轴瓦。严格按照装配间隙标准（通常为主轴直径的千分之1.2至1.5）进行调整。 风量或压力不足： 原因分析：进气滤网堵塞、密封间隙磨损过大导致内泄漏加剧、转速下降（如皮带打滑或电机问题）、管网阻力实际高于设计值。 修理步骤：检查滤网和转速。重点检查碳环密封和气封的磨损情况，密封间隙过大是性能衰退的主要原因之一，需按标准间隙值更换密封件。 气体或润滑油泄漏严重： 原因分析：碳环密封或油封老化、磨损、弹簧失效。轴颈表面出现磨损沟槽也会导致密封失效。 修理步骤：更换整套密封件。若轴颈磨损，可采用镀铬或喷涂后重新磨削的方式修复，恢复其尺寸精度和光洁度。

所有修理工作完成后，必须进行单机试车，监测振动、温度、电流、压力、流量等参数，确认完全恢复正常后方可投入工艺运行。

六、输送各类工业气体的风机选型与 adaptation 考量

稀土提纯过程中，根据不同工艺段，可能需要输送多种工业气体。风机选型必须针对气体特性进行专门考量：

输送介质列表：空气、工业烟气、二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、氧气(O₂)、氦气(He)、氖气(Ne)、氩气(Ar)、氢气(H₂)及其他混合无毒工业气体。 关键考量因素： 气体密度与分子量：风机产生的压头（压力）与气体密度大致成正比。输送氢气（分子量2）等轻气体时，相同转速下产生的压力远低于空气（分子量29），可能需要更高转速或更多级数。反之，输送二氧化碳（分子量44）时，功耗会显著增加，电机需重新选型。 腐蚀性与材质选择：工业烟气可能含酸性成分，氧气具有强氧化性。输送这类气体时，过流部件（蜗壳、叶轮、密封）需采用不锈钢（如304、316L）甚至更高级别的耐蚀合金，密封材料也需兼容。 毒性、易燃易爆性与安全性：输送氢气等易燃气体时，风机需采用防爆电机和静电导除设计，密封可靠性要求极高（如采用干气密封），防止泄漏。轴承箱等部分可能需要充氮保护。 纯净度要求：对于高纯气体输送，必须严格控制内泄漏和润滑油污染。可采用无油螺杆风机或磁悬浮/空气悬浮离心鼓风机，或对普通离心风机进行特殊设计（如采用迷宫密封加隔离气、确保润滑油绝不接触气路）。 工作温度：高温气体（如焙烧烟气）需考虑材料的耐热强度、冷却系统以及热膨胀对间隙的影响。

以S(Pr)系列为例，若用于输送氮气（N₂）进行惰性保护，由于N₂密度与空气接近，性能变化不大，但需确保密封良好以维持系统纯度。若用于输送氧气（O₂），则所有接触氧气的部件必须进行严格的脱脂清洗，防止油污引发燃爆，并采用铜合金或不锈钢等兼容材料。

七、结论

在轻稀土镨(Pr)的精细化提纯道路上，工艺装备的先进性、专用性与可靠性是提升产品竞争力、降低生产成本的核心要素。S(Pr)921-2.80型单级高速双支撑加压风机作为为此工艺深度定化的流体装备，以其明确的性能参数（921立方米每分钟，2.80个大气压）、稳健的双支撑转子设计以及针对性的材质与密封选择，为镨分离生产线提供了稳定、高效的气源保障。

深入理解其型号含义、掌握核心配件（主轴、转子、轴瓦、碳环密封）的技术要点，并建立系统化的预防性维护与精准修理体系，是保障风机长期健康运行、避免非计划停车的重中之重。同时，在面对输送多样化的工业气体需求时，必须牢记“气体特性决定风机 adaptation ”的原则，在密度、腐蚀、安全、纯度等方面进行周密考量与专项设计。

作为风机技术从业者，我们应持续推动风机技术与稀土冶炼工艺的深度融合，通过更高效、更智能、更可靠的定制化风机解决方案，助力中国稀土产业向着更高附加值、更绿色的方向不断迈进。

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